Uzay–Zamanın Kökeni – 2 >> Evren’in kumaşı ne marka? Halka kuantum kütleçekim kuramı sicim teorisine karşı

Einstein’ın görelilik teorisinde uzay–zaman evrenin dokusu olarak tanımlanıyor ve klasik fizikte bunu deliksiz bir kumaş olarak kabul edebiliriz. Ancak, fizikçiler kara deliklerin merkezinde ne olduğunu anlamak ve kuantum fiziğiyle göreliliği birleştirmek için uzayı dev bir enerji ağı ile tarif etmeye çalışıyor.

Kuantum fiziğine göre uzay boşluğunun bile bir enerjisi var ve bunu laboratuarda test edilen Casimir etkisinde görebiliyoruz; fakat bilim adamları bu enerji ağını nasıl tanımlayacakları konusunda ayrılığa düşmüş durumdalar.

 

 

Halka Kuantum Kütleçekim Kuramı’na göre uzay boşluğu küçük enerji ilmeklerinden oluşan bir örme kumaşa benziyor. Bu ilmekler birleştiğinde galaksiler ve yıldızların bulunduğu uzayı meydana getiriyor. Maddeye şeklini veren enerjiyle buna ait enformasyon Planck ölçeğindeki mikroskobik halkaların üzerinde taşınıyor ve halkaları birbirine bağlayarak Evren’in kumaşını örüyor.

Sicim Teorisi’ne dayalı Kuantum Kütleçekim Kuramı’nda ise uzay–zamanın dokusu madde ve enerjiyi oluşturan temel parçacıklar arasındaki fiziksel etkileşimlerle, yani enerji alışverişiyle ortaya çıkıyor. Sicim Teorisi’ne göre uzay–zaman içinde bulunduğu madde ve enerjiden bağımsız bir enerji alanı değil, temel parçacıkların arasındaki dinamik ilişkilerle ortaya çıkan bir tür dokuma kumaş (çatı kavramı).

Peki hangisi haklı? Evren’in nasıl oluştuğunu ve karanlık enerjinin etkisiyle nasıl yok olacağını anlamak açısından kritik soru bu. 🙂

 

 

Balık ağı

College Park Maryland Üniversitesi’nden fizikçi Ted Jacobson bu sorunu çözmek için radikal bir yol seçti ve 1995 yılında Evren’i oluşturan uzay–zamanı dev bir enerji ağı olarak tanımladı.

Jacobson’a göre Planck ölçeğinde mikroskobik deliklerden oluşan bu balık ağının halkaları karanlık enerjinin etkisiyle hücre gibi bölünüyordu ve uzay–zaman ağına yeni halkalar eklenmesiyle birlikte Evren de hızlanarak genişliyordu. Jacobson bu alışılmadık yaklaşımıyla Halka Kuantum Kütleçekim Kuramı’na esin kaynağı olmuştu.

Jacobson’a göre uzay boşluğu dediğimiz şey sadece bu ağın iplerinden oluşuyordu, ağın deliklerinde ise hiçbir şey yoktu. İplerin düğümleri Planck ölçeğindeydi ve yazımızın 1. bölümünde belirttiğimiz gibi, bunlar aynı zamanda Planck parçacığı olarak da tanımlanabilirdi.

 

 

Kördüğüm

Nitekim enerji ağını meydana getiren düğümlerden daha küçük bir şey yoktu ve her bir düğümü, yani Planck parçacığını, temel parçacıklardan bile küçük olan minik kara delikler olarak tanımlamak mümkündü.

Nasıl ki temel parçacıklar madde ve enerjiyi meydana getiriyordu, Planck parçacıkları da madde ve enerjinin içinde yer aldığı uzay–zaman ağını meydana getiriyordu. Bu durumda Planck parçacıkları uzay–zamanın temel birimleriydi. Eski atom konseptinde olduğu gibi Evren’in daha küçüğe bölünemez birimleri.1

 

 

Yine ilk bölümde belirttiğimiz üzere, uzay–zamanı madde ve enerjiden bağımsız olarak düşünmek veya uzay–zamanla madde arasındaki ilişkiyi gözden kaçırmak yeni doğan evrenlerde entropi zehirlenmesi sorununa yol açıyor.

Ancak Jacobson’ın yaklaşımını ciddiye almak gerek. Çünkü bu yaklaşım, kütleçekim kuvvetini kuantum fiziğiyle açıklamak ve görelilik teorisiyle kuantum dünyasını birleştirmek isteyen fizikçileri yönlendirdi.

 

 

Kuantum kütleçekimin doğuşu

Kuantum kütleçekim kuramına noktalı kütleçekim kuramı da diyebiliriz. Nitekim görelilik teorisinde kütleçekim tek bir kesintisiz dalga veya kumaş gibi düz bir enerji alanı olarak tanımlanıyor. Kuantum kütleçekim kuramı ise kütleçekim kuvvetinin graviton denilen parçacıklar yoluyla, yani kesintili ve noktalı olarak yayıldığını söylüyor.

Bu durumda kuantum fiziğinde kütleçekim alanını delikli bir balık ağı gibi tanımlayabiliriz. Uzaktan bakınca bu alan tek bir pürüzsüz kumaş gibi görünüyor. Ancak yakından bakınca karşımıza balık ağına benzeyen bir enerji alanı çıkıyor.

Aslında bunu bir haritadaki koordinat ızgarasına benzetebilirsiniz, bilim adamları kütleçekimi bu tür bir koordinat alanıyla tanımlamaya çalışıyor. Kuantum kütleçekim Evren’de tek tek noktalar üzerinde ortaya çıkıyor ve güç çizgileri halinde yayılarak kütleçekim alanını meydana getiriyor; ama bu matematiksel bir tanımlama. Tam olarak kütleçekimin ne olduğunu açıklamıyor, sadece nasıl yayıldığını açıklıyor.

 

 

Teorik rekabet

Alternatif teoriler bu soruna farklı açıdan bakıyor. Sicim teorisi koordinat ızgarasının temel parçacıklar arasındaki etkileşimi temsil ettiğini söylüyor ve kütleçekim alanını bu etkileşimlerden türetiyor. Halka kuantum kütleçekim kuramı ise koordinat ızgarasındaki kareleri halkalarla değiştiriyor.

Ancak her iki kuramın benzeştiği bir nokta var: Sicim teorisi ızgarada noktaların bulunduğu köşelere temel parçacıkları oluşturan ve onlardan küçük olan enerji şeritlerini, yani sicimleri koyuyor. Bu sicimler 10 boyutlu ve beyin gibi kıvrımlı bir uzayda titreşerek temel parçacıkları meydana getiriyor (ilave 7 boyut bizim göremeyeceğimiz kadar küçük).

 

 

Zincir yelek

Halka kuantum kütleçekim kuramı ise görelilik teorisinde kullanılan ızgara koordinat sisteminin karelerini enerji halklarıyla değiştiriyor. Karelerin yerine yuvarlak halkalar geldiği için, karelerin köşesindeki noktaların da bir anlamı kalmıyor; yani balık ağının düğümlerinden söz etmek anlamsız oluyor.

Dikkat edecek olursak birbirinden tümüyle farklı olan bu iki teori bir noktada uzlaşıyor: Uzay–zamanın Planck parçacıkları denilen bölünmez temel birimlerden oluşmadığı konusunda hem fikirler. Ayrıldıkları nokta ise, halka kuantum kütleçekim kuramının uzay–zamanı madde ve enerjiden bağımsız bir kalıp olarak tasarlaması.

 

 

İki kuramın ortak bir kökeni var

Yine de bütün bu farklı kuantum kütleçekim kuramlarına tek bir şey esin kaynağı oldu: Termodinamik yasaları, özellikle de Boltzmann’ın 19. yy’da geliştirdiği ve gazlar kinetiğini istatistiksel olarak açıklayan matematik denklemi. Nasıl oldu derseniz:

Bilim adamları kuantum fiziğinde enerjinin kesintisiz olarak değil, kesikli paketler halinde aktığını görmüşlerdi (ışığı oluşturan foton parçacıkları buna bir örnek). Öte yandan Boltzmann da bir gazın içindeki moleküllerin ve atomların hareketini istatistiksel olarak açıklamanın bir yolunu bulmuştu. Buna Boltzmann denklemi diyoruz.

 

 

üaeBöylece kuantum fizikçiler uzay–zamanı da atomlar ve moleküller gibi küçük parçacıklar halinde düşünmeye karar verdiler. Bu yaklaşım kara deliklerin merkezindeki tekillik sorununu çözmelerini de sağlayabilirdi.

Üstelik ellerinin altında Boltzmann’ın termodinamiğin ikinci yasasını yeniden açıklamakta kullandığı denklem vardı.15 Bu sayede kütleçekimi oluşturan gravitonları tek tek göremeseler de graviton parçacıklarının istatistiksel ortalamasını alarak, koordinat ızgarası üzerinde bu parçacıkların nasıl kütleçekim alanı oluşturduğunu gösterebilirlerdi.

İşte bu sebeple kuantum fiziği ile termodinamik arasında yakın bir ilişki olduğunu söyleyebiliriz. Şimdi buna göz atalım.

 

 

drdTermodinamik yasaları ve kuantum kütleçekim

Amsterdam Üniversitesi’nden fizikçi Erik Verlinde, 2010 yılında bazı matematiksel hesaplamalar yaptı. Verlinde uzay–zamanın temel bileşenlerini, bu durumda varsayımsal Planck parçacıklarını istatistiksel termodinamik formülleriyle analiz ettiğimiz zaman Newton’ın kütleçekim yasasının ortaya çıktığını gösterdi.

Bilim adamları uzay–zamanın bileşenlerinin ne olduğunu bilmiyordu, ama bunları termodinamik yasalarıyla matematiksel olarak tanımlamaya kalktıkları zaman kütleçekim kuvveti kendiliğinden ortaya çıkıyordu.2

Hindistan’daki Pune Üniversiteler Arası Astronomi ve Astrofizik Merkezi’nden Thanu Padmanabhan da yaptığı bağımsız bir çalışmada, Einstein’ın görelilik denklemlerini termodinamik yasalarıyla özdeş kılacak şekilde yeniden yazabileceğimizi ortaya koydu. Zaten görelilik teorisini kapsayan, ancak bu teorinin açıklayamadığı tekillik gibi konseptleri de açıklamaya çalışan bütün kütleçekim teorileri bunu yapıyor.3

 

 

Sıra karanlık enerjide

Padmanabhan şu anda karanlık enerjinin nasıl ortaya çıktığını ve bu enerjinin şiddetini termodinamik yasaları ile holografik ilkeyi bir arada kullanarak açıklamaya çalışıyor. Bu da bizi dönüp dolaşıp kuantum kütleçekime geri getiren bir öykü:

Evren 5 milyar yıl önce yeterince genişlemiş olduğu için, karanlık enerji yerçekimine üstün geldi ve Evren’in yeniden genişlemeye başlamasına yol açtı. Şu anda bu genişleme Evren’in kısa süre için ışıktan hızlı bir şekilde genişlediği Büyük Patlama sonrasındaki şişme evresinden çok daha yavaş. Ancak böyle giderse 37 ila 120 milyar yıl içinde genişleme inanılmaz hızlanacak ve sonunda uzay boşluğunu kumaş gibi yırtarak Evren’i parçalayacak.

Elbette Evren’in genişlemesi hızlanıyor derken galaksilerin birbirinden kendi hızlarıyla uzaklaşmalarını kast etmiyoruz (örneğin bir tabancanın ateşlediği mermi namludan kendi hızıyla çıkıyor ve hareket ediyor, Evren genişlediği için değil). Bunun yerine bizzat uzay boşluğunun şişerek genişlemesinden söz ediyoruz.

 

 

Tarihi yanılgı

Uzay genişledikçe galaksilerin arası açılıyor ve araya daha fazla uzay boşluğu doluyor. Bu da toplam boşluk enerjisini, yani karanlık enerjiyi arttırarak Evren’in daha hızlı genişlemesine yol açıyor.

Her durumda, bilim adamları boşluğun enerjisini laboratuarda gözlemlediğimiz Casimir etkisinden yola çıkarak hesaplamayı başaramadılar. Elde ettikleri enerji değeri karanlık enerjinin bugünkü değerinden çok daha yüksekti.

Sanal parçacıklara dayalı Casimir etkisini baz alarak yaptıkları hesaplamalar, Evren’deki karanlık enerji miktarının bugünkü değerinden 10120 kat büyük olacağını gösterdi. Doğrusu bilim tarihinde fizikçiler hiç bu kadar büyük bir farkla yanılmamışlardı.

 

 

Kuantum kütleçekim ve karanlık enerji

Fizikçilere kızmayalım, bu tür fikirleri test etmek gerçekten çok zor. Çünkü Planck ölçeğini mikroskopla göremiyoruz ve formüllerimizi deneylerle test edemiyoruz. 10-35 metreye karşılık gelen Planck ölçeği protonun çapından 20 kat küçük (İsviçre CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı LHC bile Planck enerjisine ulaşamıyor).

Ancak Evren’i Planck ölçeğinde delikleri olan bir balık ağı gibi düşünürsek, yani uzay boşluğunun aslında delikli bir yapı olduğunu düşünürsek, karanlık enerjinin de sadece bu ağın iplerini gerdiğini söyleyebiliriz.

 

 

Sonuçta sanal parçacıklar uzayı oluşturan enerji ağının deliklerini de iplerini de dolduruyor, ama karanlık enerji sadece Evren’de ortaya çıkıyor. Evren sadece bu ağın iplerinden oluştuğu için karanlık enerjinin değerini doğru olarak hesaplayabilmemiz gerekiyor.

En azından bazı fizikçiler böyle düşündüler ve bu enerji ağının nasıl oluştuğunu göstermek üzere halka kuantum kütleçekim kuramını geliştirdiler. Ancak acele etmeyelim ve önce bu fikri nasıl test edebileceğimize bakalım. Uzay–zamanı gerçekten bir enerji ağı olarak tanımlayabilir miyiz?

 

 

GRB080319B_illustration_NASAGama ışını patlamaları

Aslında bunu test etmek mümkün. Güneşten çok daha kütleli olan yıldızlar süpernova halinde patlıyor ve bu sırada Evren’in en enerjik ışınları olan gama ışınlarını saçıyor. Gama ışınları süper enerjik fotonlardan oluşuyor ve elbette fotonlar ışık hızında gidiyor, daha hızlı gitmiyor.

Ancak uzay–zaman Einstein’ın dediği gibi deliksiz, tek parça bir yapıya sahipse fotonların frekansının da teorik olarak sonsuza kadar artması gerekiyor.16 Öte yandan uzay–zaman kuantum kütleçekim kuramlarının söylediği gibi delikliyse, en enerjik gama ışınlarını oluşturan fotonların frekansının bir üst sınırı olmak zorunda.

 

 

Kuantum kütleçekim testleri

Uzay–zaman delikli bir ağ ise fotonların da “delikli uzay–zaman kavislerine” çarparak az da olsa yavaşlaması ve Dünya’ya beklenenden biraz daha uzun bir sürede ulaşması beklenir. Süpernovanın Dünya’ya uzaklığını ölçerek bu gecikmeyi tespit edebiliriz.

Böylece fotonların uzay–zamandaki delikleri atlayarak ilerlemesinden kaynaklanan yavaşlamayı ölçebilir ve evrenin bir tür enerji ağından oluştuğunu doğrulayabiliriz. Bu sonuç her ne kadar halka kuantum kütleçekim kuramını kanıtlamaya yeterli olmasa da en azından enerji ağı konseptinin doğru olduğunu gösterecektir.

Nitekim Roma Üniversitesi’nde kuantum kütleçekim araştırmaları yapan Giovanni Amelino-Camelia ve meslektaşları Nisan 2013’te kaydedilen bir patlamanın yaydığı gama ışınlarında bu tür bir yavaşlama gördüklerini duyurdular.4 Bunlar kesin sonuçlar değil ama araştırmalar sürüyor.

 

 

laser_mirrorLazer ışınları ve aynalar

Uzay–zamanın dokusunun balık ağı gibi delikli olup olmadığını merak eden diğer fizikçiler ise gözlerini uzayın derinliklerine çevirmek yerine masaüstüne çeviriyor ve laboratuar masasına yerleştirdikleri test aynalarına yansıtılan lazer ışınlarını inceliyorlar.

Londra Imperial College ve Viyana Üniversitesi araştırmacıları, uzay–zamanın Planck ölçeğinde delikli bir yapı sergilemesi halinde, mikroskobik aynalardan yansıyan lazer ışınlarında az da olsa değişiklik görülmesini bekliyor ve bunu test ediyorlar.5

 

 

Sicim Teorisinin rakipleri

Sicim teorisi uzay–zamanın temel parçacıklar arasındaki etkileşimin sonucunda ortaya çıkan bir enerji ağı olarak tanımlanabileceğini söylüyor ama Sicim Teorisinin bir rakibi var:

Halka kuantum kütleçekim kuramı (veya Vikipedi’deki adıyla Kuantum Çekim Döngüsü).

 

 

Halka kuramında, Evren’deki kütleçekim alanları ilmek şekilli halkalardan oluşan ve yine balık ağı gibi delikli olan bir enerji ağı şeklinde tanımlanıyor. Ancak kütleçekim enerjisinin, kütleçekim ağını meydana getiren halkaların çevresinde dönerek dolaştığı düşünülüyor. Türkçe çevirideki döngü ve halka karşılıkları buradan geliyor.

Sicim Teorisi’nde ise uzay–zaman temel parçacıklar arasındaki fiziksel etkileşimlerle meydana gelen dinamik bir çatı konsept oluşturuyor. Peki temel parçacıklar birbiriyle nasıl etkileşim kuruyor?

Holografik Evren İlkesi üzerinde araştırmalar yürüten Profesör Leonard Susskind, kara deliklerde enformasyon paradoksunu çözmek amacıyla, temel parçacıklar arasındaki dolaşıklığın mini solucandelikleriyle açıklanabileceğini söylüyor. Bu durumda uzay-zaman kuantum dolaşıklığından çıkıyor olabilir.

Bu da aslında Sicim Teorisi’ne kurucu babalarından Maldacena’nın kuantum kütleçekim kuramının temelini oluşturuyor. Bu konuya yazımızın son bölümünde geri döneceğiz fakat şimdi halka kuantum kütleçekim kuramıyla devam edelim.

 

 

Uzay–zaman örgüsü

Halka kuramında örgü kumaşa benzetilen uzay–zaman ağının ipleri neden oluşuyor? Uzay–zaman bir örgüyse bu kumaşı ören iplikler nedir?

Halka kuantum kütleçekim kuramı adından da anlaşılacağı üzere buna çok basit bir açıdan yaklaşıyor: “Uzay–zaman örme kumaştır ve bu kumaşın örgülerini oluşturan ilmekler de uzay–zamanın en küçük bölünmez birimidir” diyor.

 

1980’lerde Ashtekar ve arkadaşları tarafından geliştirilen kurama göre, uzay–zamanı oluşturan ilmekler bu halkaların büyüklüğünü belirleyen enerji ipliklerinden oluşuyor. Enerji ilmekleri de deliklerden atlayan fotonların ve diğer parçacıkların enerjisini etkiliyor. Aynı zamanda, kütleçekim alanının minimum şiddetini ve boşluğun enerjisi olan karanlık enerjinin anlık değerini de belirliyor.

Uzaydaki parçacıkların hız ve konum verisi olarak tanımlayabileceğimiz enformasyon da bu enerji halkalarının üzerinde taşınıyor. Bunu fiber internet bağlantısında veri taşıyan fiber optik kablolara benzetebiliriz.6

 

 

Sicim Teorisiyle karıştırmayalım

Burada dikkat etmemiz gereken bir nokta var: Halka kuantum kütleçekim kuramındaki ilmekleri ve bu ilmekleri oluşturan enerji iplerini Sicim Teorisi’ndeki sicimlerle karıştırmamalıyız. Çünkü sicimler, yani Sicim Teorisine göre protonları oluşturan kuarklardan bile küçük olan ve kuarkları meydana getiren enerji iplikleri uzay–zamanın içinde yüzüyor (tıpkı suda yüzen balıklar gibi).

Ancak halka kuantum kütleçekim kuramı temel parçacıkları, dolayısıyla madde ve enerjiyi tanımlamıyor. Bunun yerine parçacıkların içinde yüzdüğü uzay–zaman denizini, uzay–zaman ağını tanımlıyor.

Bu da halka kuantum kütleçekim kuramına getirilen en büyük eleştiri zaten. Bu kuram sadece matematiksel bir model. Ayrıca elektromanyetik kuvvet, güçlü çekirdek kuvvetiyle zayıf çekirdek kuvvetinin ne olduğunu söylemiyor ve kuantum alanları ile bu alanları yaratan madde parçacıklarının nasıl oluştuğunu açıklamıyor. Kuramın entropi zehirlenmesi sorununu çözemediğini ise ilk bölümde belirtmiştik.

 

 

İlmekleri küçültemezsiniz

Halka kuantum kütleçekim kuramında uzay-zamanın yapıtaşları olan halkaların büyüklüğünü bu halkaların sahip olduğu enerji düzeyi belirliyor. Yüksek enerjili halkalar büyük ilmekler oluşturuyor. Düşük enerjili halkalar ise küçük ilmekler meydana getiriyor.

Bu durumda boş uzay da halkaların minimum enerji durumuna karşılık geliyor. Kurama göre en küçük halkanın boyu Planck boyunda (Evren’deki en küçük anlamlı büyüklük). Kuantum halka kütleçekim kuramı, kütleçekim kuvveti ve Evren’i dolduran maddeyle enerji için işte böyle bir referans çerçevesi oluşturuyor.

Nitekim kuramdaki formülleri kullanarak ilmeklere daha küçük bir ilmek eklemeye kalktığımız zaman, bu ilmeği oluşturan kısa ipliğin örgü ağından koptuğunu görüyoruz: Planck boyundan küçük iplikler öksüz ve yetim kalıyor. Bunlar hiçbir halkaya bağlanamadığı için ilmeklerin ortasındaki deliklerden birinden içeri düşüyor, sonuçta uzay–zamandan ve Evren’den koparak hiçlikte kayboluyor.

 

 

o46ByÖyleyse tekillik yok

Standart kuantum kütleçekim kuramında (Sicim Teorisi) uzay–zamanı oluşturan enerji ağındaki deliklerin Planck ölçeğinden küçük olamayacağını söylemiştik. Bu nedenle kara deliklerin merkezinde tekillik olması da imkansız.

Çünkü tekillik oluşması için kara deliğin muazzam çekim kuvvetinin uzay–zamanı sonsuz ölçüde bükmesi gerekiyor. Oysa uzay–zamanın en küçük birimi Planck ölçeği olduğunda uzay–zaman sonsuza kadar bölünemez ve kara delikler de uzay–zamanı sonsuz ölçüde bükemez.

Elbette bu durum, kara deliklerin yuttuğu her şeyi merkezindeki inanılmaz şiddetli çekim alanında yok ettiği gerçeğini deştirmiyor (Yıldız kütleli kara deliklerin olay ufkundaki şiddetli gelgit kuvvetleri ise cisimleri daha kara deliğe düşmeden parçalıyor).

 

 

Büyük Patlama’dan önce tekillik yoktu

Kuantum kütleçekim kuramları Evren’i doğuran Büyük Patlama’dan önce de sonsuz küçüklükte bir tekillik olmadığını gösteriyor. Hatta başka bir teori üzerinde çalışan kozmolog Lawrence Krauss, Büyük Patlama’ya ve Evren’in genişlemesine negatif enerji yol açtı derken bunu kast ediyor.

Uzay–zaman ağından daha küçük delikler yaratmaya kalkmak boşluğun enerjisinin negatif enerjiye dönüşmesine yol açıyor. Bu da kütleçekim kuvveti yerine kütle itim kuvvetine, yani karşı çekime ve sonuçta başka bir Büyük Patlama’ya yol açıyor.

 

 

Paralel evrenlere yolculuk

Fizikçi Michio Kaku’ya göre, Evren’de tek bir noktaya sonsuz enerji yüklemenin imkansız olması, aynı zamanda başka evrenlere seyahat etmek için açık bir kapı bırakıyor: “Evren’de Planck ölçeğindeki bir alana bu alanın taşıyabileceği enerjiden daha fazlasını gönderirsek, uzay–zamanın dokusunu yırtan bir kara delik veya bir solucandeliği açabiliriz” diyor Kaku.

Uzak gelecekte bir gün süper enerjik lazer ışınlarıyla bunu başarabilirsek belki de kendi Evrenimizi yaratabilir veya başka bir evrene geçit açarak evrenler arasında seyahat edebiliriz. Ancak bunun için halka kuantum kütleçekim kuramı veya Sicim Teorisi’ne dayalı kuantum kütleçekim kuramının doğru olması gerekiyor. Ayrıca uzay–zamanın eriyerek dağılmasının çevredeki astronotları yok etmek yerine başka bir evrene kapı aralaması gerekiyor.

 

 

Test amaçlı bebek evrenler yaratmak

2006 yılında Ashtekar ve meslektaşları halka kuantum kütleçekim kuramının ilmekli yapısının avantajlarından yararlanan bir dizi simülasyon yaptılar7 ve Einstein’ın denklemlerini zamanda geriye sararak Büyük Patlama’dan önce neler olduğuna baktılar (!).

Tahmin edebileceğiniz gibi zaman geriye doğru akar ve Büyük Patlama anı yaklaşırken Evren küçülmeye başladı. Ancak Evren halka kuantum kütleçekim kuramındaki minimum halka boyuna, yani Planck ölçeğine ulaştığında negatif enerji itici bir kuvvet olarak ortaya çıktı ve Büyük Patlama anından önce Einstein’ın gösterdiği tekilliğin oluşmasını önledi.

 

 

Evren’in göbek kordonu

Bunun yerine Planck mesafesi çapında bir tünel açıldı. Bu tünel bizden önce gelen başka bir Evren’e bağlanıyordu. Bu da aslında 80’lerde Evren’in Büyük Patlama’dan sonra kısa bir süre için ışıktan hızlı şiştiğini ortaya koyan Alan Guth’un tahminlerine uyuyor.

Guth da kainatta sayısız Evren olduğunu söylüyordu. Guth’a göre, yeni doğan Evren’ler kendisini doğuran ana Evren’den ince uzun kuyruklu bir su damlası gibi uzayarak kopuyor ki bu su damlasının kuyruğunu bebeklerin göbek kordonuna da benzetebiliriz

 

 

Halka kuantum kütleçekim kuramı da Evren’in Büyük Patlama ile değil, Büyük Sekme ile oluştuğunu açıklamaya çalışırken benzer bir sonuca varıyor: Simülasyonlar, Evren’in doğum anında bebek Evren’i ana evrene bağlayan kıldan ince bir tünel oluştuğunu gösteriyor: Bu bir solucandeliği!

Sicim Teorisi, Guth’un şişme modeli ve halka kuantum kütleçekim kuramının en azından bu noktada konsept olarak uyuşması, kuantum kütleçekim kavramının doğru olduğunu gösteren bir ipucu olarak değerlendirilebilir.

 

 

Ancak Büyük Sekme de nedir?

Fizikçiler süslü kavramları çok seviyor. 40 yıl önce işe Büyük Patlama ile başladılar. Ardından Büyük Ezilme ve Büyük Yırtılma geldi. Halka kuantum kütleçekim kuramı ise Büyük Sekme‘den söz ediyor. Yazımızın sonraki bölümüne geçmek üzere konuyu bağlamadan önce Büyük Sekme’yi kısaca anlatalım.

Halka kuantum kütleçekim kuramı kozmolojisine göre Evren Büyük Patlama ile oluşmadı, bunun yerine Büyük Sekme ile oluştu. Buna Büyük Sekme diyoruz, çünkü bu kuramı savunan fizikçiler Evrenimizin daha önce Büyük Ezilme ile çöken başka bir evrenin kalıntılarının tekrar genişlemesiyle doğduğunu düşünüyor.

 

 

Süpernova örneğinde bunun mantığını açıkladık ve yandaki çizimde Büyük Sekme’nin detaylarını görebilirsiniz. Büyük Sekme’yle ilgili olarak konumuz sınırları içinde söyleyebileceğimiz tek şey bu modelin Entropi Zehirlenmesine yol açması.

Eski Evren’in entropisini temizlemezsek yeni Evren ölü doğacaktır. Bunu biraz da bir şirketi borçlarıyla birlikte satın almaya benzetebiliriz. Borçları ödemek size büyük bir yük getirecektir ve iflas etmenize yol açabilir.

 

 

Güzel senaryo

Ama ne yazık ki Büyük Sekme şimdilik sadece bir senaryo. Çünkü halka kuantum kütleçekim kuramı henüz kanıtlanmamış bir kuram. Üstelik bir teori bile değil. Örneğin elektromanyetik kuvvet veya güçlü çekirdek kuvveti gibi diğer fizik kuvvetlerini açıklamıyor. Yalnızca kütleçekim kuvvetini açıklıyor.

Bunu yaparken de bütün fizik kuvvetlerini açıklayan Sicim Teorisi’nde ve atom fiziğinin temeli olan Standart Model’de kabul edilen bazı kuralları çiğniyor. Neyse ki elimizde Sicim Teorisi’ni baz alarak geliştirilen alternatif bir kütleçekim kuramı var. Bu kuramın öyküsünü yazımızın 3. bölümünde anlatıyoruz. 🙂

 

 

Beş dakikada kütleçekim

 

 

 

 

Sicim Teorisi halka kuantum kütleçekim kuramına karşı

 

 

 

 

Kozmoloji ve kuantum kütleçekim: Hakalar ve spin köpükleri (Carlo Rovelli)

 

 

 

 

1Jacobson, T. Phys. Rev. Lett. 75, 1260–1263 (1995).
2Verlinde, E. J. High Energy Phys. http://dx.doi.org/10.1007/JHEP04( class=”year”>2011)029 (2011).
3Padmanabhan, T. Rep. Prog. Phys. 73, 046901 (2010).
4Amelino-Camelia, G., Fiore, F., Guetta, D. & Puccetti, S. preprint at http://arxiv.org/abs/1305.2626 (2013).
5Pikovski, I., Vanner, M. R., Aspelmeyer, M., Kim, M. S. & Brukner, Č. Nature Phys. 8, 393–397 (2012).
6Ashtekar, A. preprint at http://arxiv.org/abs/1201.4598 (2012).
7Ashtekar, A., Pawlowski, T. & Singh, P. Phys. Rev. Lett. 96, 141301 (2006).
8Gambini, R. & Pullin, J. Phys. Rev. Lett. 110, 211301 (2013).
9Ahmed, M., Dodelson, S., Greene, P. B. & Sorkin, R. Phys. Rev. D 69, 103523 (2004).
10Ambjørn, J., Jurkiewicz, J. & Loll, R. Phys. Rev. Lett. 93, 131301 (2004).
11Maldacena, J. M. Adv. Theor. Math. Phys. 2, 231–252 (1998).
12Raamsdonk, M. V. Gen. Rel. Grav. 42, 2323–2329 (2010).
13http://arxiv.org/abs/hep-th/9202014 Black Holes as Elementary Particles
C.F.E. Holzhey, F. Wilczek
14http://www.sciencemag.org/content/339/6115/52
15http://en.wikipedia.org/wiki/Boltzmann_equation
16http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/970412e.html
17http://arstechnica.com/science/2014/03/is-the-universe-lopsided/
18http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2008/dark_flow.html

 

11 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir